自動(dòng)化中數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用探究

陸 彬，楊 凱，傅 慰，張 弛

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

0 引 言

現(xiàn)階段自動(dòng)化數(shù)字通信技術(shù)的運(yùn)用能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，降低人工參與度，提升行業(yè)自動(dòng)化水平。自動(dòng)化通信技術(shù)功能強(qiáng)大，運(yùn)用范圍廣，涉及到控制技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)以及液壓技術(shù)等工業(yè)制造和生產(chǎn)領(lǐng)域。基于現(xiàn)代人們對(duì)數(shù)字化發(fā)展的需要，數(shù)字通信技術(shù)的快速發(fā)展為人們的生活提供了便利，尤其是在數(shù)字化技術(shù)快速發(fā)展的背景下，自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信的快速發(fā)展為現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

1 數(shù)字通信技術(shù)

通信產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，與其他各個(gè)行業(yè)相互影響。人們對(duì)通信技術(shù)的研究不斷深入，促進(jìn)了通信行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，人們?cè)谑覂?nèi)的工作或?qū)W習(xí)等都需要數(shù)字通信的支撐。信息化時(shí)代背景下，信息技術(shù)、數(shù)字化以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，其發(fā)展具有重要的意義[1]。數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信就是利用數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息傳遞。在電子電路當(dāng)中，數(shù)字信號(hào)采用二值邏輯中的1與0來(lái)表示，多位二值數(shù)碼能夠?qū)崿F(xiàn)不同信息的組合?，F(xiàn)實(shí)生活中大多數(shù)信息都是以模擬信號(hào)的形式存在，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換之后即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的傳遞。為保證數(shù)字信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性，保證信道傳輸?shù)陌踩院屠寐?，在傳輸之前使用不同的編碼方式來(lái)表現(xiàn)數(shù)字信號(hào)，避免數(shù)據(jù)傳輸受到干擾，尤其是噪聲對(duì)其的干擾[2]。數(shù)字調(diào)制器可以調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)得以擴(kuò)展，信息傳輸更方便。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)中的同步也非常重要，如果時(shí)鐘同步和幀同步不及時(shí)也會(huì)導(dǎo)致信息出錯(cuò)。信號(hào)通過(guò)有線傳輸或無(wú)線傳輸發(fā)送到接收端，接收端接收到信息之后使用譯碼等恢復(fù)原始信息。通信系統(tǒng)還提供程控交換功能，最明顯的體現(xiàn)就是傳統(tǒng)電話交換機(jī)在數(shù)字技術(shù)的支持下發(fā)展成為數(shù)字程控交換機(jī)，利用存儲(chǔ)交換控制程序的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息控制，在數(shù)字化背景下與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新發(fā)展。在信息類型不斷變化的背景下，程控交換機(jī)的使用讓通信系統(tǒng)的維護(hù)更加方便快捷，提升了數(shù)字信息的可靠性與穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)功能的全面性。隨著軟件功能的增加，數(shù)字通信系統(tǒng)硬件功能也不斷增加，通信服務(wù)更加方便[3]。

2 數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu) 點(diǎn)

數(shù)字通信具備良好的抗干擾性能，信息在通過(guò)信道傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)受到外界與自身產(chǎn)生的噪聲干擾[4]。數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩者存在差別，數(shù)字信號(hào)本身以一種離散的信號(hào)形式存在，在脈沖信號(hào)中使用1和0來(lái)表示。數(shù)字信號(hào)傳輸需要保證脈沖信號(hào)不被噪聲干擾，無(wú)噪聲干擾狀態(tài)下信號(hào)均能被識(shí)別和接收。由噪聲對(duì)模擬信號(hào)存在極為明顯的影響，很容易導(dǎo)致信號(hào)失真，因此在不斷發(fā)展的過(guò)程中數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾性能優(yōu)于單純的通信技術(shù)[5]。數(shù)字通信技術(shù)保密性能良好，通過(guò)數(shù)字信號(hào)來(lái)表示和傳遞數(shù)據(jù)信息，可以對(duì)數(shù)據(jù)加密并進(jìn)行偽裝處理來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。為了保證數(shù)據(jù)信息安全，人們發(fā)明了密鑰技術(shù)，密鑰技術(shù)的應(yīng)用有效保證了數(shù)據(jù)信息的安全性。數(shù)字通信技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，但是目前數(shù)據(jù)信息傳輸距離越長(zhǎng)，損耗也會(huì)隨之增加。數(shù)字通信技術(shù)受噪聲的影響，如果放大信號(hào)，噪聲也會(huì)被放大，甚至掩蓋信號(hào)的存在[6]。數(shù)字通信技術(shù)可以將信號(hào)以波的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)內(nèi)，傳輸過(guò)程中如果存在噪聲，信息被噪聲掩蓋之后會(huì)以波的形式復(fù)原出來(lái)，然后再采取再生中繼器來(lái)增加傳輸距離，將數(shù)字信息傳輸?shù)浇K端的同時(shí)保證數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性與有效性。數(shù)字通信支持多種形式的傳輸，主要基于人們的不同需求，多種形式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最終都是以數(shù)字信號(hào)的方式存在于通信系統(tǒng)[7]。隨著信息傳輸量增加，數(shù)字通信系統(tǒng)使用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，該方式體積小、重量輕、耗電低且后期維護(hù)方便。

2.2 缺 點(diǎn)

數(shù)字通信技術(shù)的頻帶利用率較低。和模擬通信相比，同樣的電話業(yè)務(wù)，數(shù)字通信占用寬帶遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬通信，如果傳輸寬帶有限就會(huì)影響頻帶的利用率。數(shù)字通信設(shè)備在現(xiàn)代化發(fā)展背景下越來(lái)越復(fù)雜，雖然存在一定缺陷，但是在單寬帶信道、窄帶調(diào)制技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展下這些缺點(diǎn)逐漸被弱化，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)新的技術(shù)并改變數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[8]。

3 數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)字通信

數(shù)字通信技術(shù)在不斷發(fā)展的過(guò)程中廣泛運(yùn)用于數(shù)字通信領(lǐng)域，當(dāng)前數(shù)字通信朝著數(shù)字化和智能化的方向不斷發(fā)展，在這個(gè)過(guò)程中數(shù)字通信技術(shù)是關(guān)鍵。數(shù)字通信技術(shù)具有抗干擾性強(qiáng)、安全性能高以及集成化程度高等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)能夠讓其與其他技術(shù)較好的融合發(fā)展，從而促進(jìn)數(shù)字通信系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化與完善。

3.2 光纖通信

數(shù)字光纖由于具備傳輸效率高和體積小等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛運(yùn)用。常規(guī)情況下數(shù)字通信技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用主要是將光纖作為傳輸介質(zhì)，以光波承載信息來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的[9]。這個(gè)過(guò)程中，發(fā)送端調(diào)節(jié)光源的強(qiáng)度，接收端使用光電檢測(cè)器接收發(fā)送端發(fā)送的光信號(hào)，信號(hào)直接進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)。比較常見(jiàn)的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成有光纖、光源以及光檢測(cè)器等，這些組織結(jié)構(gòu)大大提高了光纖通信的傳輸效果。光纖通信的主要原理是通過(guò)PCM復(fù)用設(shè)備傳輸出脈碼調(diào)制信號(hào)，通信系統(tǒng)將光信號(hào)送入光纖，信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩撕蠼邮諜C(jī)將接收到的光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)。通信過(guò)程中，光纜通信的中繼線較長(zhǎng)，可以有效減少連續(xù)節(jié)點(diǎn)，保證了信息的流暢性[10]。

3.3 數(shù)字配電技術(shù)

數(shù)字智能配電技術(shù)是打造智能配電網(wǎng)的核心，該技術(shù)與配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)“感知+采集”，將多源異構(gòu)的智慧電力大數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，接入感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)配電和用電數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控管理。這一系列數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用圍繞大數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院蛿?shù)據(jù)存儲(chǔ)終端能耗等展開，為輸配電行業(yè)的數(shù)據(jù)采集提供支撐，同時(shí)也幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)營(yíng)決策智慧化，為其建立更先進(jìn)的配電管理體系提供幫助。

3.4 數(shù)字衛(wèi)星

移動(dòng)通信常常被劃分為無(wú)線通信，其中移動(dòng)通信系統(tǒng)大部分是由基地站、移動(dòng)臺(tái)以及饋線等組成。移動(dòng)業(yè)務(wù)交流中心數(shù)據(jù)交換機(jī)發(fā)揮交換和控制的功能，實(shí)現(xiàn)信息的交互與集中控制管理。根據(jù)技術(shù)類型可以將數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)劃分為導(dǎo)呼系統(tǒng)、集群移動(dòng)通信、無(wú)中心選址系統(tǒng)以及蜂窩系統(tǒng)等。

4 數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展

4.1 通信技術(shù)越發(fā)成熟

數(shù)字通信技術(shù)在現(xiàn)代技術(shù)的支持下正朝著自我完善、自我優(yōu)化以及多元化的方向發(fā)展。當(dāng)前最具有代表性的通信技術(shù)包括頻率選擇、多址技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及信道編碼技術(shù)等，這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用預(yù)示著數(shù)字通信技術(shù)的成熟。針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)展中存在的問(wèn)題，如信息傳輸安全性差或傳輸距離不夠等，新型數(shù)字通信技術(shù)均可以有效解決[11]。

4.2 光子技術(shù)

數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志就是光子技術(shù)，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中人們期待出現(xiàn)光信息處理技術(shù)以及光計(jì)算機(jī)技術(shù)。雖然光子技術(shù)發(fā)展前景良好，但是仍舊不會(huì)取代數(shù)字通信技術(shù)。未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)、AI技術(shù)以及傳感技術(shù)等要求通信傳輸容量更大且拓展性更強(qiáng)。光子技術(shù)與通信技術(shù)的融合使通信變得更加智能。目前光子技術(shù)已經(jīng)與智能多媒體技術(shù)逐漸融合，顯著特征是可以傳輸聲音、文本以及圖像等數(shù)據(jù)信息，光子技術(shù)的發(fā)展給數(shù)字通信技術(shù)帶來(lái)了更大的動(dòng)力[12]。

4.3 數(shù)字化水平提高

數(shù)字通信本身的數(shù)字化水平也在顯著提升，正朝著高速、大容量以及智能化等的方向發(fā)展。數(shù)字同步體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）的出現(xiàn)為數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展提供了無(wú)限可能。數(shù)字通信技術(shù)能夠在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中滿足傳輸帶寬的需求，與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同步運(yùn)作，強(qiáng)化數(shù)字通信系統(tǒng)本身控制能力的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

5 結(jié) 論

數(shù)字通信技術(shù)作為高度集成化技術(shù)，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。通過(guò)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，闡述數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展中存在問(wèn)題，分析數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用，希望能為現(xiàn)代通信技術(shù)的相關(guān)研究人員提供參考。